FI75098C - Foerfarande och anordning foer att loesa gaser i vaetska. - Google Patents

Description

mjKUULUTUSJULKAISU TCnqo J||jB [B] (H) UTLÄQGNINGSSKRIFT ' (45) _r·' ; '', :: ·.-.· /3 ^ ·ν (51) Kv.lk.Vlnt.CI.4 B 01 F 3/0¾

SUO MI-FINLAND

(Fl) (21) Patenttihakemus - Patentansökning 792603 (22) Hakemispäivä - Ansökningsdag 21.08.79

Patentti* ja rekisterihallitus (23) Alkupäivä - Giltighetsdag 21.08.73

Patent-och r>gi>t*»tyral»n (41, Tu»u,juikiaekai-bmoNemiig 01.03.80 (44) Nähtöväksipanon ja kuul julkaisun pvm. - 29 01 88

Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad J' (86) Kv. hakemus - Int. ansökan (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus - Begärd prioritet 3 0.08.78 USA(US) 938130 (71) Dorr-Oliver Incorporated, 77 Havemeyer Lane, Stamford, Connecticut, USA(US) (72) Peter Kos, Ridgefield, Connecticut, USA(US) (7¾) Berggren Oy Ab (5¾) Menetelmä ja laite kaasujen liuottamiseksi nesteeseen -Förfarande och anordning för att lösa gaser i vätska Tämä keksintö kohdistuu laitteeseen ja menetelmään kaasun liuottamiseksi nesteeseen. Kaasu voi olla happipitoista ja nesteessä voi olla hapen vajausta.

Monissa prosesseissa on tarpeellista liuottaa kaasuja nesteisiin. Tällaisia prosesseja ovat mm. hiilidioksidin liuottaminen veteen vettä hiilihapotettaessa, hapen liuottaminen veteen vedenkäsittelyteknologiassa tai jäteveden käsittelyssä ja eräissä käymisprosesseissa. Varsin usein järjestelmä kaasun liuottamiseksi nesteeseen vaatii varsin voimakasta nes-te/kaasu-seoksen hämmentämistä kaasukuplien hajottamiseksi hyvin pieniksi kupliksi, jotka tarjoavat nesteelle suuren pinta-alan, siten edistäen kaasun liukenemista nesteeseen. Vaihtoehtoisesti neste voidaan suihkuttaa hienoina pisaroina kaasun läpi, niin että pisaroiden tarjoaman suuren pinta-alan ansiosta huomattavia määriä kaasua liukenee nesteeseen.

2 75098

Veden hapetusta on saatu aikaan monin tavoin, mm. suihkuil-mastuksella, jossa vettä suihkutetaan ilmaan hienoina pisaroina ja nämä hienot pisarat liuottavat happea ilman läpi kulkiessaan; kaskadi-ilmastuksella, jossa vesivirta sovitetaan siten, että johtoon saadaan useita putouksia, jolloin jokainen putous suurentaa veden altistumista ilmalle; moni-lautasi 1 mastuk sei 1 a , jossa vesi tippuu sarjalle lautasia, poimien happea pudotessaan lautasille; hajotusilmastuksella, jossa paineilmaa kuplitetaan jonkin vesi ti 1avuuden läpi, jossa ilmakuplat ovat pitkäaikaisesti alttiina vedelle liuotus-tarkoituksessa; ja vihdoin, U-putki-ilmastuksella, jossa il-ma/vesi-seosta johdetaan alas estelevyn alle, joka saattaa ulottua 15 m tai syvemmäl1ekin maanpinnan alapuolelle, seoksen saattamiseksi paineen alaiseksi, ja seos palautetaan sitten pinnalle.

Kun happea on liuotettava veteen, on selvää, että puhtaan hapen käyttö ilman sijasta tekee mahdolliseksi joko pienentää prosessissa käytetyn laitteiston erilaisten elinten kokoa, tai vaihtoehtoisesti suuresti lisätä ilman käyttöä varten kokonsa puolesta tarkoitettujen yksiköiden tuotantokykyä, koska ilmassa on vain 1/5 happea. Päinvastoin kuin ilma, puhdas happi on kuitenkin varsin kallista, niin että on huolellisesti vältettävä happikaasun tuhlausta.

Nyt on saatu aikaan uudenlainen rakenne, jossa suuria määriä kaasua voidaan nopeasti liuottaa nesteisiin.

Keksinnön päämääränä on saada aikaan verraten yksinkertainen, mutta erittäin tehokas laite kaasun liuottamiseksi nesteeseen.

Keksinnölle on pääasiallisesti tunnusomaista se, mitä ilmoitetaan itsenäisten patenttivaatimusten tunnusosassa.

1 75098

Muita päämääriä ja etuja käy ilmi seuraavasta selityksestä ja oheisesta piirustuksesta, jossa: kuvio 1 on pystykuvanto käsittelyjärjestelmästä, johon kuuluu 1 eijukerrosreaktori ja laite kaasun liuottamiseksi nesteeseen, kuvio la on kaaviollinen kuvanto laitteesta, joka havainnollistaa eräitä keksinnön pääpiirteitä, kuvio 2 on pystykuvanto, joka esittää suuremmassa mittakaavassa laitetta kaasun liuottamiseksi nesteeseen, kuvio 3 on pystykuvanto, osaksi leikkauksena, eräästä modifioidusta muodosta laitetta kaasun liuottamiseksi nesteeseen, kuvio 4 on osaksi leikattu kuvanto kuiluun asennetusta modifioidusta muodosta laitetta kaasun liuottamiseksi nesteeseen, kuvio 5 on osaksi leikattu kuvanto umpirakenteisestä laitteesta kaasun liuottamiseksi nesteeseen, maan alle asennettuna, ja kuvio 6 on toinen modifioitu muoto laitteesta kaasun liuottamiseksi nesteeseen, kuiluun asennettuna.

Λ 75098

Yleisesti sanottuna keksinnön mukaiseen laitteeseen kaasun liuottamiseksi jatkuvatoimisesti nesteeseen kuuluu laite kaasun saattamiseksi kosketukseen nestevirran kanssa, laite nesteen saattamiseksi paineenalaiseksi sen ollessa kosketuksessa kaasun kanssa, siihen paineeseen, joka on tarpeen vaaditun kaasumäärän liuottamiseen, laite paineenalaisessa vyöhykkeessä liukenematta jääneen kaasun keräämiseksi ja laite kerätyn kaasun palauttamiseksi nestevirran ylävirran puoliseen osaan kaasun saattamiseksi uudelleen nesteen sisään. Nesteeseen liuotettava kaasu on hyvin usein happea, missä tapauksessa laitteesta kaasun liuottamiseksi nesteeseen voidaan käyttää nimeä "hapetin", ja neste voi olla päästövirta jäteveden puhdistuslaitoksen primäärivaiheesta tai jokin muu nestevirta.

Halutun paineen saavuttamiseksi on usein varsin kätevää asentaa hapetin maanpinnan alapuolelle, niin syvälle, että nestepatsaan hydrostaattinen paine on riittävän suuri antamaan halutun paineen kaasun liuotusta varten. Hapetin voi olla umpirakenteinen yksikkö, joka yksinkertaisesti lasketaan kaivettuun kuiluun, haluttuun syvyyteen, tarvitsematta kiinnittää huomiota siihen onko kuilu vedenpitävä, tai laite voi olla suunniteltu käyttämään hyväksi kuilun seinää joko sisäänmeno- tai ulostulovirran sisältämiseen, missä tapauksessa kuilun seinän on oltava vedenpitävä.

Esillä olevassa keksinnössä kyseessä olevien eräiden periaatteiden havainnollistamiseksi viitataan kuvioon la, jossa laite, johon kuuluu kosketukseen saattamiskammio 17, jossa on sisäänmenoputki 16 ja ulostuloputki 28, on varustettu virtauksen jakolaitteella 40 ja kaasun kierrätysjohdolla 22.

Neste menee kosketuskammioon 17 sisään sisäänmenoputkea 16 myöten ja virtauksen jakolaitteen 40 kautta. Kaasua syötetään kosketuskam-mion 17 sisään mieluimmin jakolaitteen 40 alapuolelle, tai nestevir-taan jakolaitteen yläpuolella. Jakolaitteen tarkoitus on kolmenlainen: (a) jakaa sisääntuleva neste yhdenmukaisesti kosketuskammion koko vaakasuoralle poikkipinnalle, (b) syöttää nestettä niin suurella nopeudella, että suuremmat kaasukuplat hajoavat pienemmiksi ja (c) syöttää nestettä kosketuskammion sisään nopeudella, joka on suurempi kuin kaasukuplien nousunopeus kammiossa, kaasun estämiseksi pääsemästä karkaamaan kosketuskammiosta sisäänmenoputkeen.

5 75098

On määritetty,että happea veteen liuotettaessa nesteen sisään-menonopeus saa olla välillä n. 0,3-3 m sekunnissa.

Kaikki isot kaasukuplat, joita jakolaitteen alla esiintyy kaasun syötön tai kaasun kierrätyksen johdosta, sisäänmenevä neste leikkaa pienemmiksi kupliksi ja nämä pienemmät kuplat nestevirta huuhtelee alaspäin. Näiden kuplien suuruuden määrää pintajännitysvoimien ja nestejännityksen (turbulenssin) välinen tasapaino. Mitä suurempi sisäänmenevän nesteen nopeus on, sitä suurempi on turbulenssi jako-laitteen alapuolella ja sitä pienempi kuplien koko. Jakolaitteesta pois (sille alueelle, johon sisäänmenevän nesteen turbulenssi ei vaikuta) huuhtoutuneilla kuplilla on taipumus sulautua yhteen niiden koskettaessa toisiaan, kunnes ne saavuttavat kosketuskammiossa vallitsevassa leikkauskentässä stabiilin maksimikoon. Kun käytetään verraten pieniä sisäänmenonopeuksia (0,3-1,5 m sekunnissa), turbulens-sialue ei ulotu enempää kuin noin 0,6 m jakolaitteesta alaspäin. Turbulenssialueen ulkopuolella, jakolaitteen alapuolella, esiintyy pääasiassa kooltaan yhdenmukaisia kuplia; so. stabiilia maksimikokoa olevia. Turbulenssialue ja stabiilin kuplakoon alue on ilmaistu asianmukaisella tavalla kuviossa la.

Nesteen alaspäisen nopeuden on oltava suurempi kuin stabiilia maksimikokoa olevien kuplien nousunopeus, niin että se aiheuttaa kuplien jatkuvan virtauksen alaspäin nesteen kuljettamina. Happi/vesi-järjestelmässä alaspäiseksi miniminopeudeksi on todettu noin 15 cm sekunnissa. Kun nesteen alaspäisen nopeuden ja kuplien nousunopeuden erotus on pieni, niin kosketuskammioon saadaan verraten suuri kupla-pitoisuus ja kuplat viipyvät kosketuskammiossa pitemmän aikaa ennen kuin ne huuhtoutuvat alas kosketuskammion alapäähän. Tunnettua on, että liukenemisnopeus on suoraan verrannollinen rajapinta-alaan (kuplien yhteispinta-alaan), joten mitä suurempi kuplapitoisuus, sitä suurempi on liukenemisen vauhti.

Kuplapitoisuuden edelleen suurentamiseksi kosketuskammiossa (ja siten liukenemisvauhdin edelleen suurentamiseksi) ja kaasun korkean hyödyksikäyttösuhteen saavuttamiseksi ne kuplat, jotka saavuttavat kosketuskammion pohjaosan, kerätään kuplien keräyslaitteeseen ja kierrätetään takaisin kosketuskammion yläpäähän. Kuplankeräyslait-teena voi olla vaakasuora tai kalteva pinta, joka pidättää nousevat kuplat, mutta muunkinlaisia kaasun ja nesteen erotuslaitteita 6 75098 voidaan käyttää. Kerätty kaasu virtaa sitten kaasun kierrätysputkea 22 myöten ja purkautuu jakolaitteen 40 alle. Tämä kaasun kierrätys ei vaadi mitään ulkopuolista pumppaamista. Kaasu virtaa itsestään kosketuskammiossa ja kierrätysputkessa olevan kaasu-nesteseoksen tiheyksien eron johdosta. Kaasujen pakkokierrätys (pumpulla tai venturilla) saattaa kuitenkin olla eduksi joissakin sovellutuksissa.

Vasta selitetyssä laitteessa voidaan saavuttaa erittäin korkea kaasun hyödyksikäyttösuhde, lähes 100 %, ja suuri liukenemisnopeus tekee mahdolliseksi käyttää kooltaan vaatimatonta kalustoa. Nämä edut johtuvat kosketuskammion yläpäässä ja itse kammiossa aikaansaaduista erityisistä hydraulisista olosuhteista, ja kaasun kierrätyksestä, jolla saadaan aikaan erittäin suuri kaasun ja nesteen rajapinta-ala muodostamalla stabiilia kokoa olevien kuplien pitoisuus suureksi. Energiaa säästetään turvautumalla pääasiallisesti stabiilia kokoa olevien kuplien suureen pitoisuuteen kaasun liuottamisessa sen sijaan, että kulutettaisiin suuria energiamääriä äärimmäisten pienten, epästabiilien kuplien muodostamiseen kaasun liuotusprosessia varten.

Niin kuin kuviosta 1 näkyy,siinä on esitetty nesteenkäsittelyjärjes-telmä, johon kuuluu kaasun liuottamiseksi nesteeseen laite 100, joka toimittaa suuria määriä liuennutta kaasua sisältävää nestettä reaktoriin 200. Esitetty reaktori 200 on leijukerrosreaktori, johon hapella rikastettu jätevesi syötetään sen pohjasta ja neste kulkee reaktorin läpi, ja nesteen viipymisaika reaktorissa on sellainen, että saavutetaan toivottu reaktioaste. Tämän tarkastelun tarkoituksia varten kuviossa 1 esitettyä järjestelmää voidaan pitää biologisena jäteveden käsittelyjärjestelmänä, jossa laite kaasun liuottamiseksi nesteeseen on hapetin ja leijukerrosreaktori sisältää hiekkakerroksen, jonka jyväsillä tapahtuu biologista kasvua syöttövirrassa olevien ravinteiden ja hapettimen antaman liuenneen hapen ylläpitämänä.

Järjestelmää syötetään syöttöputkea 12 myöten ja puhdasta happea syötetään johtoa 14 myöten. Jäteveden ja hapen seos virtaa maanpinnan alapuolelle laskuputkea 16 myöten, menee sitten kosketuskammion 17 sisään ja tulee ulostuloaukosta 18 kuplankeräyslaitteeseen 20. Hapen paluujohto 22 yhdistää kuplankeräyslaitteen 20 yläpään, johon kaasu kerääntyy, kosketuskammioon 17 ylävirran puolisessa liitoskohdassa 24. Ulostulojohto 28 yhdistää kuplankeräyslaitteen 7 75098 20 alapään väliainekerrosreaktorin 200 jakoputkeen 30. Jakoputki 30 voi olla varustettu kuplankeräyslaitteella 81 ja ilmastusputkella 32, joka joko päästää ilmakehään tai johtaa kaasunkeräyssäiliöön kaiken jakoputken saavuttaneen liukenematta jääneen hapen. Leijuke rros reaktorin rakenne ja toiminta on selitetty yksityiskohtaisesti suomalaisessa patentissa n:o (pat.hak.n:o 791620). Lyhyes ti sanottuna, huomattakoon, että happipitoinen neste toimitetaan jakoputkesta 30 lukuisiin sisäänmenoputkiin 82, jotka päästävät jäteveden reaktiosäiliön 80 sisään ja että käsitelty jätevesi poistuu reaktiosäiliöstä johtoa 84 myöten. Reaktiosäiliössä 80 on hiekkakerros,joka leijutetaan ylösvirtaavalla nestevirralla ja jonka jyväsillä tapahtuu biologista kasvua. Osa hiekasta poistetaan jatkuvatoimisesti tai erinä johtoa 86 myöten biologisen kasvuston poistamiseksi hiekasta ja hylkäämiseksi, minkä jälkeen hiekka voidaan palauttaa säiliöön 80.

Tämän keksinnön kaasun liuotustoimi perustuu suureksi osaksi siihen ilmiöön, että kun kaasun ja nesteen seokseen kohdistuvaa painetta suurennetaan, liuokseen menevä kaasun määrä suurenee. Kaasun ja nesteen seokseen kohdistuvaa painetta voidaan suurentaa esimerkiksi pumppaamalla seos kaasun ja nesteen kosketukseen saattamislaittee-seen, samalla säätäen siinä vallitsevaa painetta asettelemalla laitteen poistokohdassa sijaitsevaa kuristusventtiiliä. Esillä olevan keksinnön mukaan tarpeellinen paine saavutetaan mieluummin käyttämällä kosketuskammiota, joka on alttiina vesipilarille, joka on riittävän korkea kehittääkseen tarvittavan hydrostaattisen paineen. Yksinkertainen tapa saavuttaa tämä päämäärä on sovittaa kaivoon, joka on kaivettu paineen kehittämiseen tarvittavaan syvyyteen, johto, joka on täytetty nesteellä ja joka ulottuu maanpinnan yläpuoliselta tasolta alas kosketuskammioon. Tällä tavoin esimerkiksi noin 18 m korkea pilari kehittää noin 280 kPa:n paineen, jossa paineessa vesi huoneen lämpötilassa pystyy liuottamaan moninkertaisesti sen määrän happea kuin se pystyy liuottamaan ilmakehän paineessa. Koske-tuskammiossa suuri määrä happea menee liuokseen ja stabiilia kokoa olevien kuplien pitoisuus on siellä suuri.

Kuplankeräyslaitteeseen on yhdistetty ulostulojohto käsitellyn nesteen palauttamiseksi maanpinnan tasolle. Koska neste on kyllästettyä tai melkein kyllästettyä kaasulla kulkiessaan kuplankeräys-laitteesta maanpinnan tasolle ja koska nesteen paine sen noustessa 75098 jatkuvasti pienenee, tietyn määrän kaasua voidaan odottaa eroavan liuoksesta. Tästä syystä kuplankeräyslaitteen 81 yhteydessä oleva ilmastusputki 32 on sovitettu ulostuloputkeen 28 maanpinnan tasolla, niin että leijukerrosreaktorin 200 toiminta ei häiriinny suurten kuplien sisääntulon johdosta.

Huomattakoon, että paineen nousu, niin kuin edellä on selitetty, saadaan aikaan kuluttamatta suuria energiamääriä. Tämä johtuu siitä, että laitteen maanpinnan alainen osa täyttyy nesteellä painovoiman vaikutuksesta niin,että energiaa tarvitaan vain sen verran kuin laitteen virtausvastuksen voittaminen ja halutun virtaaman ylläpitäminen vaativat.

Kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaista kaasun liuotuslaitetta eli hapetonta hiukan yksityiskohtaisemmin, suuremmassa mittakaavassa. Huomattakoon, että laitteen tässä sovellutusmuodossa laskuputken 16 pää 18 pistää melkoisen pitkälle kuplankeräyslaitteen 20 sisään. Tämä pään 18 tunkeutuminen kuplankeräyslaitteen 20 sisään jättää lasku-putken 16 pään 18 yläpuolelle, kuplankeräyslaitteen 20 yläpään alapuolelle, kaasuloukun 29. Kierrätysjohto 22 muodostaa yhteyden kaa-suloukun 29 ja laskuputnen 16 ylävirran puolisessa yhtymäkohdassa 24 olevan suulakkeen 26 välille. Suulake 26, yhteistoiminnassa johdon 16 seinän kanssa, muodostaa kuristetun, rengasmaisen kanavan eli hajoittimen johtoa 16 myöten kulkevaa nestettä varten. Tämä kuristettu kanava antaa nesteelle suuren nopeuden, joka estää kaasu-kuplien liikkeen ylöspäin ja pyrkii jakamaan kaasun ja nesteen seoksen yhdenmukaisesti johton 16 poikkileikkaukselle suulakkeen 26 alapuolella. Kuplankeräyslaitteen 20 pohjaan on yhdistetty ulostulo-johto 28. Laitetta 100 kannattaa ainakin yksi tasoon 31 kiinnitetty ja kuplan keräyslaitteen 20 ulkopintaan yhdistetty kannatin 27.

Kuviossa 3 on esitetty laite, joka on periaatteitaan samanlainen kuin kuviossa 2 esitetty, mutta on tarkoitettu käytettäväksi silloin kun on mukauduttava suurempiin virtaamiin. Niinpä sisääntulo-johto 12 on yhdistetty laskujohtoon 16. Laskujohto 16 on yhdistetty kartionmuotoiseen siirtymäosaan 36, joka puolestaan on yhteydessä kosketuskammioon 41. Siirtymäosa 36 laajenee ulospäin laskuputken 16 suhteellisen pienestä läpimitasta kosketuskammion 41 suurempaan läpimittaan. Kosketuskammion 41 yläpäässä on jakolaite 40 ja siihen kuuluu kuplankeräysrakenne. Jakolaite 40 käsittää tasaisen laatan * 75098 42, jonka läpi menee lukuisia putkennysiä 44. Alas riippuvien put-kennysien 44 alapäiden ja laatan 42 alasivun välinen tila muodostaa happiloukun 45. Kosketuskammion 41 sisällä on lukuisia hapenkeräys-ja kierrätysjohtoja 46, jotka koostuvat putkista 47, joiden alapäässä on laajenevat osat 49. Happiloukku 45 ja hapenkeräys- ja kierrätys johdot 46 muodostavat kuplankeräysrakenteen. Kosketuskammion 41 pohjassa on ulostuloaukko 28. Happea voidaan johtaa syöttöjohtoon johtoa 14 myöten, joka on yhdistetty sisäänmenoputkeen 12, tai vaihtoehtoisesti happea voidaan johtaa suoraan happiloukkuun 45 johtoa 48 myöten.

Toiminnassa laskuputkea 16 ja siirtymäosaa 36 myöten tapahtuva virtaama jakautuu verraten yhdenmukaisesti kosketuskammion 41 koko poikkileikkaukselle jakolaitteen 40 ansiosta. Happikuplat, jotka kestävät kulkemisen kosketuskammion 41 pohjaan saakka, menevät kierrätys-johtojen 46 suppilomaisten alaosien 49 sisään ja kaasu palautetaan ylävirtaan päin kaasuloukkuun 45. Jakolaitteen 40 läpi kulkeva neste vet'iä hapen kaasuloukusta 45, sekoittaen kaasun uudelleen nesteeseen ja siten altistaen kaasun kerran vielä liuotusprosessille.

Edellä selitetyt hapetuslaitteet ovat olleet umpirakenteisia, so. laitteet yksinkertaisesti lasketaan sopivaan syvyyteen kuiluun ja kaikki nesteen ja kaasujen kierrätys tapahtuu laitteen sisässä. Kuviossa 4 on esitetty laite, jossa kuilun seinää käytetään kiertävän nesteen yhden virran sisältämiseen. Tässä sovellutusmudoossa kuori 50 lasketaan vedenpitävään betonikuiluun 51 ja tämän tiivistyskansi 52 kiinnitetään (esittämättömin keinoin) kuilun yläreunaan vedenpitävästi. Laskuputki 16 sijaitsee kuoren 50 keskellä ja on yhdistetty sisääntuloputkeen 12, jota myöten syöttö tapahtuu, maanpinnan tasolla, ja siirtymäjohtoon 57 alapäästään. Kun kuori 50 on paikallaan, se on yleisesti yhdenmukaisen matkan päässä betonikuilun seinästä 51, niin että kuorta 50 ympäröivä rengasmainen tila 53 on käytettävissä ulostulojohdoksi. Siirtymäjohdon 51 alapään kohdalla sijaitsee jakolaite 59, joka ulottuu kuoren 50 sisäpoikkipinnan poikki.

Tämä jakolaite käsittää laatan 61, joka on ylöspäin, so. virtausta vastaan kovera, kestääkseen paremmin virtaavan nesteen siihen kohdistaman voiman, ja siinä on lukuisia putkennysiä 63 nesteen johtamista varten kuoren alaosaan, joka muodostaa kosketuskammion 54. Lukuisia kierrätysputkia 67, samanlaisia kuin kuviossa 3 on esitetty, on sovitettu kammioon jakolaitteen 59 alapuolelle hapen palautta- 10 75098 mistä varten laatan 61 kuperalla pinnalla olevaan happiloukkuun 65. Kuoren 50 sisällä oleva väliaine, kuljettuaan jakolaitteen 59 alla olevan kosketuskairanion 54 läpi ja kun siitä on erotettu enin osa liukenematta jääneestä hapesta, poistuu kuoresta 50 pohja-aukon 68 kautta ja kääntyy ylöspäin, nousten kuilun vedenpitävää seinää 51 myöten renkaanmuotoisessa kanavassa 53. Maanpinnan tason saavutettuaan hapella käsitelty neste poistuu ulostuloaukon 24 kautta. Happea johdetaan järjestelmään happijohtoa 14 myöten, joka ulottuu yksikön yläpäästä alaspäin laattaan 61 saakka ja sen läpi, ja happi luovutetaan happiloukkuun 65, joka on laatan 61 alavirran puolella. Tässäkin sovellutusmuodossa putkennysistä 63 tuleva virtaus vetää hapen mukanaan happiloukusta 65.

Kuvion 5 mukaisessa sovellutusmuodossa on yhteisiä elimiä sekä kuvion 3 että kuvion 4 raukaisen sovellutusmuodon kanssa. Niinpä se on umpirakenteinen yksikkö niin kuin kuvion 3 mukainenkin sovellutus-muoto, ja on sijoitettu kuiluun 77 varustettuna samanlaisella jako-laitteella kuin kuvion 4 mukainen sovellutusmuoto. Tässä tapauksessa johtoa 12 myöten sisääntulevan nesteen johtaa alas laskuputki 16, purkautumaan kosketuskammion 74 yläosastoon 72. Neste kulkee jakolaitteen 76 läpi putkennysiä 78 myöten ja ottaa mukaansa happiloukkuun 79 happijohtoa 14 myöten syötetyn hapen. Kosketuskammios-sa 74 hapen keräys- ja kierrätysjohdot 90 suppilomaisine alapäineen 91 toimivat täsmällleen samalla tavoin kuin vastaavat elimet kuvion 3 ja kuvion 4 mukaisissa sovellutusmuodoissa. Kosketuskammion 74 sisään on sijoitettu nousuputki 93 siten, että sen avoin pää on hapen kierrätysputkien 90 alapäiden alapuolella, ja se ulottuu ylöspäin jakolaitteen 76 läpi ja kosketuskammion 74 yläpäätyseinän läpi maanpinnan tasolle, jossa se on yhdistetty ulostuloputkeen 24. Koska laite on umpirakenteinen, kuilun 77 seinän ei tarvitse olla vedenpitävä.

Kuvion 6 mukaisessa sovellutusmuodossa käytetään vedenpitävän kuilun seinää osana sitä johtoa, joka johtaa sisäänvirtaavaa nestettä. Sisääntuloputki 12 on yhdistetty maanpinnan tasossa olevaan tiivis-tyskanteen 96, joka on tiiviisti kiinnitetty betonilla vuoratun kuilun 98 yläreunaan. Keskisesti sijoitettuna kuilunseinän 98 sisään on nousuputki 102, jonka alinen, avoin pää 104 on lähellä kuilun 98 pohjaa ja jonka yläpää pistää tiivistyskannen 96 läpi yhtyäkseen ulosmenojohtoon 24. Jakolaite 106 sijaitsee rengasmaisella laskeutu- 11 75098 mistiellä 105, joka on seinän 98 ja nousuputken 102 välillä, ja muodostaa kosketuskammion 115 yläpään. Tämä jakolaite 106 koostuu ensimmäisestä rengasmaisesta elimestä 108, joka on upotettu ja kiinnitetty seinään 98, ja jatkuu seinän sisäpuolelle pienentääkseen las-kujohtoa 105. Toinen rengasmainen elin 110 on kiinnitetty ulostulo-putken 102 (nousuputken) ympärille ja ulkonee säteen suunnassa ulospäin putkesta 102 siten, että sen ulkoreuna sijaitsee lähellä mainittua rengaselintä 108, mutta matkan päässä siitä. Tässä sovituksessa muodostuu suhteellisen ahdas rengasmainen aukko 112 jakolait-teen 106 kahden elimen väliin. Rengaselin 110 riippuu nousuputkesta 102 alaspäin siihen kohtaan saakka, jossa se on lähinnä rengaselintä 108. Kierrätyshelmus 114 ympäröi, matkan päässä, nousuputkea 102 ja ulottuu nousuputken 102 alapäästä kohtaan ,joka on jakolaitteen 106 tasossa. Helmuksen 114 alapäässä on laajeneva osa 116, joka ulkonee nousuputkesta 104. Helmuksen 114 yläpää ulottuu riippuvan rengasmaisen elimen 110 alla olevaan ja sen ja viereisen nousuputken 102 rajoittamaan tilaan, joka muodostaa happiloukun 118. Puhdasta happea lasketaan järjestelmään johtoa 14 myöten, joka pistää tiivis-tyskannen 96 ja laskuputken 105 läpi ja kulkee rengaselimen 110 läpi purkautuen happiloukkuun 118. Laskeutuvassa nesteessä olevat kuplat kosketuskammiossa 115 jakolaitteen 106 alapuolella pyrkivät nousemaan helmuksen 114 laajentuvaan osaan 116, ja siten happea kiertää takaisin happiloukkuun 118.

Tarkoituksena on, että edellä selitettyjä keksinnön mukaisia prosesseja ja laitteita voidaan soveltaa myös muiden kaasujen liuottamiseen muihin nestevirtoihin kuin jätevesi- tai muihin virtoihin, joissa on happivajausta tai muuten vaativat käsittelyä hapella.

Joskin edellä oleva keksintö on yksityiskohtaisesti selitetty sen erityisinä sovellutusmuotoina, huomattakoon, että tämän selityksen perusteella useat muutokset tähän keksintöön ovat tulleet itsestään selviksi alan ammattimiehille, jotka muutokset nekin sisältyvät keksinnön puitteisiin.

Claims (17)

1. Laite (100) kaasun liuottamiseksi nesteeseen, tunnettu siitä, että siihen kuuluu sisäänmenoaukko (12) nestevir-ran johtamiseksi mainitun laitteen (100) sisään, laite (14) kaasun ruiskuttamiseksi mainitun nestevirran ylävirtaan niin, että muodostuu kaasun ja nesteen seosvirta, jolloin mainitulla nestevirralla on alaspäin suuntautuva nopeus, joka on suurempi kuin mainitun kaasun ylöspäin suuntautuvan virran nopeus, ylä- ja alapäällä varustettu kosketuskammio (17, 41; 54; 74; 115) sovitettuna vastaanottamaan mainittu kaasun ja nesteen seosvirta mainittuun yläpäähän virtaamaan pystysuunnassa alaspäin lävitsensä, laite mainitun kosketuskammion pysyttämiseksi korotetussa paineessa, virtauksen jakolaite (40; 59; 76; 106) mainitun kosketuskammion yläpäässä sen varmistamiseksi, että saavutetaan yhdenmukainen virtausnopeus mitattuna pitkin mainitun nestevirran poikkileikkausta mainitussa kammiossa, jonka kosketuskammion (17, 41; 54; 74; 115) poikkileikkaus on olennaisesti yhdenmukainen, niin että kaasun ja nesteen mainitun seosvirran nopeus voidaan pysyttää siinä olennaisesti vakiona, kaasukuplien keräyslaite (20, 49; 69; 91; 116) sijoitettuna mainitun kosketuskammion alapään läheisyyteen kaasun ja nesteen mainitussa seosvirrassa läsnäolevan liukenematta jääneet kaasun keräämiseksi sen jälkeen kun seos-virta on kulkenut mainitun kosketuskammion läpi, kaasun kier-rätyslaite (22, 46; 67; 90; 114), joka yhdistää mainitun kaasukuplien keräyslaitteen mainitussa nestevirrassa siitä ylävirtaan päin olevaan kohtaan (29, 45; 65; 79; 118), niin että mainittu kaasu ruiskutetaan uudelleen mainittuun nestevirtaan, sekä poistoaukko (28), jonka kautta käsitelty nestevirta pääsee poistumaan laitteesta.

1 c 75098 Patentti vaatimukset

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä että yhdistävä, pystysuora laskuputki (16; 105) sijaitsee mainitun sisääntuloaukon (12) ja mainitun kosketuskammion (17, 41, 54, 74; 115) välillä niin, että kun se on täynnä sisään-virtaavaa nestettä, sen hydrostaattinen paine kehittää aina- 13 75098 kin osan mainitussa kosketuskammiossa tarvittavasta paineesta.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä että mainitun kosketuskammion (17, 41, 54, 74, 115) läpimitta on suurempi kuin mainitun nestevirran läpimitta mainitussa sisääntuloaukossa, mainitun nestevirran hidastamiseksi ja siten mainitun kaasun liukenemisen edistämiseksi.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite, tunnettu siitä että mainittu virtauksen jakolaite (40; 59; 75) koostuu rei'itetystä laatasta (42; 61; 75), jonka reikiin on kiinnitetty putkennysät (44; 63; 78), jotka ulkonevat mainitusta laatasta alavirtaan päin.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä että mainittu kaasunkierrätyslai te koostuu lukuisista putkista (47; 67; 90), jotka ulottuvat mainitusta kaasukuplien keräys! ai tteesta (49; 69; 91) sen ylävirran puolella, lähellä mainittua virtauksen jakolaitetta (40; 59; 76) olevaan kohtaan .

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä että mainitun kuplankeräyslaitteen putkissa (22, 47; 67; 90; 114), mainitun painekammion alaosassa, on laajenevat pääteo-sat (49; 69; 91; 116).

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite, tunnettu siitä että mainittujen putkien (47; 67; 90) ylävirran puolisten päiden ja mainitun rei'itetyn laatan (42; 61; 75) välinen tila muodostaa kaasuloukun (45; 65; 79), johon mainitut putket purkavat mainitun kuplankeräyslaitteen keräämän kaasun.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä että mainittu kaasun ruiskutuslai te (14) on yhdistetty johtamaan kaasua suoraan mainitun kaaasunloukun (29, 45, 65, 79, 118) sisään. 14 75098

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä että mainittu kaasun suihkutuslai te (14) on kytketty johtamaan kaasua mainitussa sisääntuloaukossa olevan nestevirran sisään.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnettu siitä että mainittu rei'itetty laatta (61, 75) on kaareva kestääk-seen nestevirran siihen kohdistaman voiman.

11. Patenttivaatimuksen 1 tai 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu kosketuskammio (17, 41, 54, 74; 115) sijaitsee maanpinnan tason alapuolella ja että olennaisesti pystysuora laskuputki (16; 105) yhdistää mainitun sisäänme-noaukon (12) mainittuun kammioon, niin että sen hydrostaattista painekorkeutta voidaan käyttää mainitun korotetun paineen aikaansaamiseen mainittuun kammioon.

12. Patenttivaatimuksen 1 tai 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu kosketuskammio (54; 74; 115) on asennettu kuiluun (51; 77; 98) maanpinnan tason alapuolelle siten kehitetyn hydrostaattisen paineen käyttämiseksi mainitun korotetun paineen aikaansaamiseen ja että mainittu kuilu on vedenpitävä, niin että tämän kuilun seinä voi toimia johtona, joka johtaa nestevirran mainittuun kosketuskammioon tai siitä pois.

13. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä että laskuputki (16; 105) yhdistää mainitun sisäänmenoaukon (12) mainittuun kosketuskammioon (74; 115) mainitun nestevirran kuljettamiseksi mainitusta tuloaukosta mainittuun kammioon, joka kammio (74; 115) on sijoitettu maanpinnan tason alapuolelle, vedenpitävään kuiluun (77; 98), jonka kuilun seinä toimii mainitun laskuputken (16; 105) ja mainitun kammion seinämänä, ja että mainitussa kuilussa sijaitsee keskellä tuoteputki (93; 104), joka ulottuu reilusti maanpinnan tason alapuolelle ja jonka tuoteputken avoin pää mainitussa 75098 15 kammiossa (74; 115) on lähellä mainitun kuilun (77; 98) pohjaa ja toinen pää on yhdistetty mainittuun uiosmenoaukkoon (24).

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu virtauksen jakolaite (106) on sovitettu mainitun laskuputken (105) ja mainitun kosketuskammion (115) väliin ja käsittää ensimmäisen rengasmaisen elimen (108), joka on kiinnitetty mainitun kuilun (98) seinään ja ulkonee siitä sisäänpäin, ja toisen rengasmaisen elimen (110), joka on kiinnitetty mainittuun tuoteputkeen (104) ja laskeutuu siitä ulospäin, jonka ensimmäisen rengasmaisen elimen (108) sisäkehä on lähellä mainitun toisen rengasmaisen elimen ulkokehää (110) mutta ei ole kosketuksessa sen kanssa, siten muodostaen rengasmaisen virtaustien mainittujen rengasmaisten elinten väliin.

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu kaasun kierrätyslai te käsittää mainitussa kosketuskammiossa olevan putkielimen (114), joka ympäröi mainittua tuoteputkea (104), mutta on matkan päässä siitä ja ulottuu mainitusta virtauksen jakoi aitteesta (106) kohtaan, joka on lähellä mainitun tuoteputken (104) mainittua avointa päätä, ja että mainittu kaasukuplien keräyslaite käsittää mainitun putkielimen alaosan (116), joka alaosa laajenee poispäin mainitusta tuoteputkesta (104) kaasukuplien keräämisen helpottamiseksi.

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu laskeutuva, toinen rengaselin (110) muodostaa alavirtansa puolelle, mainitun rengasmaisen virtaustien viereen kaasuloukun (118), jonka sisään mainittu kaasun kier-rätyslaite purkautuu, ja että mainittu kaasun ruiskutuslai te (14) on sovitettu ruiskuttamaan kaasua suoraan mainitun kaasuloukun (118) sisään. 16 75098

17. Menetelmä kaasun liuottamiseksi nesteeseen, tunnettu siitä, että se käsittää seuraavat vaiheet: a) kaasua ruiskutetaan nestevirran sisään, b) mainittu nestevirta suunnataan alaspäin ja johdetaan kosketusvyöhykkeeseen niin, että sen sisääntulonopeus on 0,3-3 m/s, samalla jakaen mainittu nestevirta mainittuun kosketus vyöhykkeeseen niin, että sen nopeus saadaan olennaisesti yhdenmukaiseksi, mitattuna pitkin mainitun virran poikkileikkausta, c) mainitun laskeutuvan nestevirran nopeus pysytetään vakiona ennaltamäärätty matka mainitussa kosketusvyöhykkeessä ja vähintään 15 cm/s suuruisena, d) laskeutuva nestevirta ja siihen liittyneenä oleva kaasu altistetaan korotetulle paineelle mainitussa kosketus-vyöhykkeessä mainitun kaasun liukenemisen edistämiseksi, e) kerätään liukenematta jääneitä kaasukuplia, jotka kulkevat mainitun kosketusvyöhykkeen läpi, f) vaiheessa e) kerätty kaasu ruiskutetaan takaisin mainittuun nestevirtaan ylävirran puolella olevassa kohdassa, ja g) poistetaan tuoteneste, joka on kulkenut kosketus-vyöhykkeen läpi. 17 75098